近年來，人們對(duì)果蔬品質(zhì)關(guān)注度提高。隨著成像技術(shù)和光譜技術(shù)的快速發(fā)展，高光譜成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種果蔬產(chǎn)品的快速和非破壞性檢測(cè)中。高光譜成像技術(shù)具有“圖譜合一”的優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)檢測(cè)果蔬的內(nèi)部、外部品質(zhì)信息。本文介紹了高光譜成像儀在果蔬內(nèi)外品質(zhì)無損檢測(cè)中的應(yīng)用，感興趣的朋友可以了解一下！
果蔬內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)的重要性：
水果和蔬菜是生活中不可或缺的食物，它們可以提供人類所需的維生素、纖維素、無機(jī)鹽和各種微量元素。水果和蔬菜的品質(zhì)與安全一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。水果和蔬菜的外部品質(zhì)主要根據(jù)它們的顏色、紋理、尺寸、形狀和表面的缺陷進(jìn)行評(píng)估，外部品質(zhì)是它們最直觀的品質(zhì)特征，直接影響它們的市場(chǎng)價(jià)格和消費(fèi)者的購(gòu)買欲望；內(nèi)部品質(zhì)主要取決于它們的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分和成熟度及其他營(yíng)養(yǎng)元素的含量，內(nèi)部品質(zhì)是它們的價(jià)值的體現(xiàn)；品質(zhì)安全主要通過對(duì)動(dòng)物糞便等外來物污染、各種病害、品質(zhì)劣變、細(xì)菌感染和農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，它關(guān)系到消費(fèi)者的飲食安全和健康，是水果和蔬菜最為重要的品質(zhì)特征。
目前水果和蔬菜的品質(zhì)與安全主要是通過傳統(tǒng)的化學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)的，化學(xué)方法是一種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的破壞性檢測(cè)技術(shù)。隨著成像和光譜技術(shù)的快速發(fā)展，高光譜成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全的快速無損檢測(cè)中，大量的成功案例也已經(jīng)證明了高光譜成像技術(shù)是食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全檢測(cè)的科學(xué)有效工具。高光譜成像技術(shù)融合了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，獲取的高光譜圖像具有“圖譜合一”的特點(diǎn)，即同時(shí)含有圖像信息和光譜信息。圖像信息可以用來檢測(cè)水果和蔬菜的外部品質(zhì)，而光譜信息則可以用來檢測(cè)它們的內(nèi)部品質(zhì)和安全性。
高光譜成像儀在果蔬內(nèi)外品質(zhì)無損檢測(cè)中的應(yīng)用：
1.果蔬外部品質(zhì)的檢測(cè)
市場(chǎng)上人們對(duì)果蔬的直接感受就是其外部品質(zhì)的好壞，即對(duì)顏色、新鮮度、大小、機(jī)械損傷、凍傷與腐爛等方面的判斷。傳統(tǒng)的機(jī)器視覺技術(shù)在果蔬外部品質(zhì)的檢測(cè)中由于精度低、操作復(fù)雜，很難區(qū)分出機(jī)械損傷、凍傷、腐爛及新鮮度等方面外部特征。高光譜成像技術(shù)恰好克服了這一缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的無損檢測(cè)，而且精度高、易于操作，近年來逐步用于果蔬外部品質(zhì)的檢測(cè)中。
新鮮度是反映果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)。剛采摘的果蔬通常需經(jīng)過儲(chǔ)存、運(yùn)輸，最終到達(dá)消費(fèi)者，該過程將影響其新鮮度品質(zhì)。一般而言，人們對(duì)果蔬新鮮度的主觀判斷是不準(zhǔn)確的。研究人員利用高光譜成像技術(shù)對(duì)蔬菜的新鮮度檢測(cè)進(jìn)行了探索。分別在失水0、10、24、48小時(shí)狀態(tài)下，利用成像光譜儀采集了小白菜、菠菜、油菜、娃娃菜等四種蔬菜葉片的光譜圖像并進(jìn)行對(duì)比分析。其中，小白菜葉片在不同失水時(shí)間下的高光譜圖像與機(jī)器視覺圖像的對(duì)比分析如下圖所示。從中可以看出，隨著時(shí)間的變化兩幅圖中的葉片狀態(tài)均有明顯變化，但機(jī)器視覺圖像只能看出失水狀態(tài)，而高光譜圖像通過分析光譜信息的變化發(fā)現(xiàn)，葉片在失水過程中其外觀形態(tài)及內(nèi)部葉綠素均有變化，葉綠素相對(duì)含量值預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù) r=0.76，說明高光譜技術(shù)可以有效辨別蔬菜葉片的新鮮度。
2.果蔬內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)
果蔬的內(nèi)部品質(zhì)通常是衡量其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要依據(jù)，一般通過檢測(cè)果蔬的糖度、硬度、可溶性固形物含量、水分、成熟度、蛋白質(zhì)和淀粉含量等指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行判斷。其中，糖度和硬度是反映果蔬內(nèi)部品質(zhì)的兩個(gè)重要指標(biāo)，糖度能體現(xiàn)出果蔬的口感度，硬度能間接體現(xiàn)果蔬的成熟度。
可溶性固形物含量（SSC）是指果蔬中所有溶解于水的化合物總稱，包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等。其含量可以衡量果蔬的成熟度，測(cè)量其含量在農(nóng)業(yè)采摘方面非常重要。近年來，采用高光譜技術(shù)測(cè)量果蔬可溶性固形物含量已成熱點(diǎn)。有研究者將近紅外高光譜運(yùn)用到蘋果可溶性固形物含量的檢測(cè)中。其對(duì)多個(gè)蘋果樣本分別采集4塊尺寸為2cm×2cm ×1.5cm區(qū)域中的高光譜圖像，利用偏最小二乘回歸法來估算可溶性固形物含量反射數(shù)據(jù)與近紅外光譜數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到交叉驗(yàn)證系數(shù)為0.89，均方根誤差0.55%，最后成功繪制出主要波段的高空間分辨率SSC圖像，如下圖所示。從圖中可以看出靠近蘋果邊緣部分相比于中心部分有著更高的SSC值。結(jié)果表明，可用近紅外高光譜成像技術(shù)測(cè)量蘋果的可溶性固形物含量。
高光譜成像儀在果蔬內(nèi)外品質(zhì)無損檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)：
高光譜成像技術(shù)能獲取待測(cè)樣品較豐富的圖像和光譜信息，同時(shí)對(duì)果蔬外部和內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行無損檢測(cè)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.高光譜信息豐富，但冗余信息多。要提高高光譜數(shù)據(jù)采集和處理的速度，研制便攜式儀器，與GPS 和無線傳輸技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的精準(zhǔn)獲取、解析，是高光譜成像技術(shù)的重要發(fā)展方向。
2.穩(wěn)健性的數(shù)學(xué)模型。開發(fā)面向高光譜的分析處理軟件，研究高光譜數(shù)據(jù)建模算法，提高數(shù)學(xué)模型的魯棒性，為高光譜成像技術(shù)的推廣提供軟件支撐。
3.高光譜成像技術(shù)兼?zhèn)淇梢姽鈭D像與光譜兩者的優(yōu)點(diǎn)。高光譜成像技術(shù)可檢測(cè)水果品質(zhì)（果面缺陷、可溶性固形物、水分、堅(jiān)實(shí)度、內(nèi)部缺陷、表面污染等）及蔬菜品質(zhì)（含水率、損傷、長(zhǎng)勢(shì)等），在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面有著重要的應(yīng)用前景。
